2024高考物理一轮复习专题46验证机械能守恒定律的实验练习含解析新人教版

PAGE7-专题46验证机械能守恒定律的试验1．[2024·武汉调研]如图所示是某同学在“探究动能定理”和“验证机械能守恒定律”的试验中分别得到的两条纸带．已知打点计时器运用的沟通电源的频率为50Hz，纸带上各点是打点计时器打出的计时点，纸带上记录的数据的单位均为厘米．(1)纸带________(填“甲”或“乙”)是在“验证机械能守恒定律”的试验中得到的．(2)任选一条纸带，计算在记录计时点5时，物体运动的速度v5＝________m/s.(结果保留三位有效数字)2．[2024·贵州凯里联考]某探讨性学习小组利用气垫导轨验证机械能守恒定律，试验装置如图甲所示，在气垫导轨上安装一个光电门，滑块上固定一遮光条．(1)用天平测得重物的质量为m1，滑块的质量为m2.(2)用螺旋测微器测遮光条的宽度d，测量结果如图乙所示，则d＝________cm.(3)按图甲所示组装试验装置，将滑块由静止释放，测得遮光条起始位置到光电门的距离为x，遮光条通过光电门的时间为t.若试验结果表明，重物和滑块运动过程中机械能守恒，则机械能守恒的表达式为m1gx＝________(用已知量相应的字母表示，g为重力加速度)．3．[2024·湖南师大附中联考]如图甲所示，一位同学利用光电计时器等器材做“验证机械能守恒定律”的试验．有始终径为d、质量为m的金属球从A处由静止释放，下落过程中能通过A处正下方、固定于B处的光电门，测得A、B间的距离为H(H≫d)，光电计时器记录下金属球通过光电门的时间为t，当地的重力加速度为g.则：(1)如图乙所示，用游标卡尺测得金属球的直径d＝________________________________________________________________________mm.(2)多次变更高度H，重复上述试验，作出eq\f(1,t2)随H的变更图象如图丙所示，当图中已知量t0、H0和重力加速度g及金属球的直径d满意以下表达式：________时，可推断小球下落过程中机械能守恒．(3)试验中发觉动能增加量ΔEk总是稍小于重力势能削减量ΔEp，增加下落高度后，则ΔEp－ΔEk将________(填“增加”“减小”或“不变”)．4．[2024·石家庄质检]小明同学利用如图甲所示的试验装置验证机械能守恒定律，其中红外线放射器、接收器可记录小球的挡光时间．小明同学进行了如下操作：(1)用螺旋测微器测小球的直径如图乙所示，则小球的直径为________mm；(2)该小球质量为m、直径为d.现使小球从红外线的正上方的高度h处自由下落，记录小球挡光时间t，已知重力加速度为g，则小球下落过程中动能增加量的表达式为________；重力势能削减量的表达式为__________________(用所给字母表示)．(3)变更小球下落高度h，多次重复试验，发觉小球动能的增加量总是小于重力势能的削减量，你认为可能的缘由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________(至少写出一条)．5．[2024·陕西摸底]某试验小组的同学利用自由落体法验证机械能守恒定律，试验装置如图甲所示，该小组的同学完成了如下的操作：(1)首先利用螺旋测微器测出了小球的直径，其示数如图乙所示，则该小球的直径d＝________cm.(2)将该小球由光电门1的正上方无初速度释放，测得小球先后通过光电门1和光电门2所用的时间为Δt1和Δt2，则小球通过两光电门的速度分别为v1＝________，v2＝________.(用所测量的物理量符号表示)(3)该小组的同学测出了两光电门之间的距离为H，重力加速度用g表示，若小球的机械能守恒，则须要验证的关系式为__________________．(用所测量的物理量符号表示)6．[2024·超级生全能联考]如图所示为利用气垫导轨(滑块在该导轨上运动时所受阻力可忽视)验证机械能守恒定律的试验装置，完成以下填空．试验步骤如下：①将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于1m，将导轨调至水平；②测出挡光条的宽度l和两光电门中心之间的距离s；③将滑块移至光电门1左侧某处，待托盘和砝码静止不动时，释放滑块，要求托盘和砝码落地前挡光条已通过光电门2；④测出滑块分别通过光电门1和光电门2的挡光时间Δt1和Δt2；⑤用天平称出滑块和挡光条的总质量M，再称出托盘和砝码的总质量m.回答下列问题：(重力加速度为g)(1)用最小分度为1mm的刻度尺测量出光电门1和2之间的距离s，以下数据合理的是________．(填正确答案标号)A．50cmB．50.00cmC．50.0cmD．50.000cm(2)滑块通过光电门1和光电门2时的速度分别为v1和v2，则v1＝________.(3)若系统机械能守恒，则M、m、g、s、v1、v2的关系是____________________．7．[情境创新]某同学利用图示装置，验证以下两个规律：①两物块通过不行伸长的细绳相连接，沿绳方向分速度大小相等；②系统机械能守恒．P、Q、R是三个完全相同的物块，上面固定有相同的遮光片，P、Q用细绳连接，放在水平气垫导轨上．物块R与轻质滑轮连接，放在细绳正中间，三个光电门分别放置于a、b、c处，调整三个光电门的位置，能实现同时遮光．最初细绳水平，现将三个物块由静止释放．(忽视R上的遮光片到轻质滑轮间的距离)(1)为了能完成试验，除了记录P、Q、R上面三个遮光片的遮光时间t1、t2、t3外，还需测量的物理量有________(多选)．A．P、Q、R的质量MB．两个定滑轮间的距离dC．R的遮光片到c的距离HD．遮光片的宽度x(2)依据装置可以分析出P、Q的速度大小相等，则验证的表达式为________________．(3)若要验证物块R沿绳方向分速度与物块P速度大小相等，则验证的表达式为________________．(4)若已知当地重力加速度g，则验证系统机械能守恒的表达式为________________．8．某同学用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律．一根细线系住钢球，悬挂在铁架台上，钢球静止于A点，光电门固定在A的正下方，在钢球底部竖直地粘住一片宽度为d的遮光条．将钢球拉至不同位置由静止释放，遮光条经过光电门的挡光时间t可由计时器测出，取v＝eq\f(d,t)作为钢球经过A点时的速度．记录钢球每次下落的高度h和计时器示数t，计算并比较钢球在释放点和A点之间的势能变更大小ΔEp与动能变更大小ΔEk，就能验证机械能是否守恒．(1)用ΔEp＝mgh计算钢球重力势能变更的大小，式中钢球下落高度h应测量释放时的钢球球心到________之间的竖直距离．A．钢球在A点时的顶端B．钢球在A点时的球心C．钢球在A点时的底端(2)用ΔEk＝eq\f(1,2)mv2计算钢球动能变更的大小，用刻度尺测量遮光条宽度，示数如图乙所示，其读数为________cm.某次测量中，计时器的示数为0.0100s，则钢球的速度为v＝________m/s.(3)下表为该同学的试验结果：ΔEp(×10－2J)4.8929.78614.6919.5929.38ΔEk(×10－2J)5.0410.115.120.029.8他发觉表中的ΔEp与ΔEk之间存在差异，认为这是由于空气阻力造成的．你是否同意他的观点？请说明理由．(4)请你提出一条减小上述差异的改进建议．专题46验证机械能守恒定律的试验1．(1)乙(2)1.75或2.42解析：(1)验证机械能守恒定律时，物体始终做匀加速直线运动，纸带甲先匀加后匀速，故乙是在“验证机械能守恒定律”的试验中得到的．(2)对纸带甲，由中间时刻的瞬时速度等于这段时间的平均速度得v5＝eq\f(3.50＋3.49×10－2,2×0.02)m/s＝1.75m/s，对乙纸带v5＝eq\f(35.63－25.94×10－2,2×0.02)m/s＝2.42m/s.2．(2)0.5500(3)eq\f(1,2)(m1＋m2)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t)))2解析：(2)由螺旋测微器的读数规则可知d＝(5＋50.0×0.01)mm＝5.500mm＝0.5500cm.(3)若系统机械能守恒则物块重力势能减小等于系统动能的增加，即m1gx＝eq\f(1,2)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(m1＋m2))eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t)))2.3．(1)7.25(2)2gH0teq\o\al(2,0)＝d2(3)增加解析：(1)依据游标卡尺读数规则得读数为7mm＋5×0.05mm＝7.25mm.(2)若要满意机械能守恒，则金属球减小的重力势能等于金属球增加的动能mgH0＝eq\f(1,2)meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t0)))2，化简得2gH0teq\o\al(2,0)＝d2.(3)重力势能的削减量等于动能的增加量和克服阻力做功之和，下落高度增加，则克服阻力做功增加，ΔEp－ΔEk将增加．4．(1)15.220(15.219～15.221均可)(2)eq\f(1,2)meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t)))2mgh(3)阴力做负功(表述合理，体现出阻力作用，即可)解析：(1)螺旋测微器要估读，它的读数为主尺读数＋螺旋尺读数，图示读数为15mm＋0.220mm＝15.220mm.(2)ΔEk＝eq\f(1,2)meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t)))2－0＝eq\f(1,2)meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t)))2，ΔEp＝mgh.(3)小球下落的过程要克服阻力做功，所以小球动能的增加量总是小于重力势能的削减量．5．(1)0.3800(2)eq\f(d,Δt1)eq\f(d,Δt2)(3)2gH＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt2)))2－eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt1)))26．(1)B(2)eq\f(l,Δt1)(3)mgs＝eq\f(1,2)(M＋m)veq\o\al(2,2)－eq\f(1,2)(M＋m)veq\o\al(2,1)解析：(1)用最小分度值为1mm的刻度尺测量长度，有效数字应保留在毫米的下一位，故B正确．(2)滑块通过光电门1的速度v1＝eq\f(l,Δt1).(3)若系统机械能守恒，则托盘和砝码削减的重力势能等于系统增加的动能，即mgs＝eq\f(1,2)(M＋m)(veq\o\al(2,2)－veq\o\al(2,1))．7．(1)BCD(2)t1＝t2(3)eq\f(t3,t1)＝eq\f(2H,\r(4H2＋d2))(4)eq\f(2gH,x2)＝eq\f(1,t\o\al(2,3))＋eq\f(1,t\o\al(2,2))＋eq\f(1,t\o\al(2,1))解析：(1)要证明①，须要测量d和H，通过几何关系可证明沿绳方向分速度大小相等；要证明②，须要测量H和x，通过验证系统重力势能削减量和动能增加量相等来验证机械能守恒，故须要测量的物理量有d、H、x，故BCD三项正确．(2)物块P的速度vP＝eq\f(x,t1)，物块Q的速度vQ＝eq\f(x,t2)，因此要验证P、Q的速度大小相等须要验证t1＝t2.(3)物块R的速度vR＝eq\f(x,t3)，要验证物块R沿绳方向分速度与物块P速度大小相等，则须要验证表达式vRcosθ＝vP，即vR·eq\f(H,\r(H2＋\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,2)))2))＝vP，代入解得eq\f(t3,t1)＝eq\f(2H,\r(4H2＋d2)).(4)整个系统削减的重力势能是ΔEp＝MgH，增加的动能是ΔEk＝eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,P)＋eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,Q)＋eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,R)，要验证机械能守恒，需验证